閘閥的結(jié)構(gòu)
1、閥體與閥蓋結(jié)構(gòu)
由于閘閥通常應(yīng)用于大口徑管道上,所以閥體與閥蓋多采用法蘭連接。閥體要容納垂直放置并做升降運(yùn)動的圓盤狀閘板,因而閥體內(nèi)腔高度較大。閥體截面的形狀主要取決于公稱壓力,如低壓閘閥閥體可設(shè)計(jì)成扁平狀的,以縮小其結(jié)構(gòu)長度。高、中壓閘閥閥體多設(shè)計(jì)成圓形或喇叭口形,以提高其承壓能力,減小壁厚。閥體形狀還與閥體材料及制造工藝有關(guān)。
閥體與閥蓋的連接結(jié)構(gòu)通常有5種:螺紋式閥蓋、活接頭式閥蓋、螺栓連接閥蓋、焊接閥蓋和壓力自密封閥蓋。
①螺紋式閥蓋是最簡單的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。通常只用于不需要經(jīng)常拆卸的小口徑閥門,成本較低的銅合金閥門等。
②活接頭式閥蓋主要用于銅合金類閥門,但是活接頭結(jié)構(gòu)更便于維修和維護(hù)拆卸。
③螺栓連接閥蓋是最常用的連接結(jié)構(gòu),當(dāng)今工業(yè)用閘閥大多數(shù)采用該結(jié)構(gòu)。與螺紋式和活接頭式連接結(jié)構(gòu)不同的是,螺栓連接閥蓋結(jié)構(gòu)中閥體和閥蓋之間的連接需要墊片密封。
④焊接閥蓋對于規(guī)格1/2~2in(1in= 0.0254m),磅級介于Class800~2500之間,不需要拆卸的緊湊型鋼制閥門來說,焊接閥蓋是最常用的結(jié)構(gòu)。與壓力密封閥蓋相似的是,焊接閥蓋閥門比螺栓連接閥蓋閥門的重量要輕。
⑤壓力自密封閥蓋是靠閥體內(nèi)介質(zhì)壓力作用于閥體與閥蓋間的金屬密封環(huán)或柔性石墨密封環(huán)上實(shí)現(xiàn)密封。壓力自密封閥門閥腔內(nèi)的壓力越高,作用于密封環(huán)上的力就越大,也就越容易實(shí)現(xiàn)密封。壓力自密封結(jié)構(gòu)的閥門,重量一般要輕于螺栓連接閥蓋結(jié)構(gòu)。
2、閥桿結(jié)構(gòu)
閘閥閥桿結(jié)構(gòu)主要有三種不同形式:下螺紋升降式閥桿(ISRS)、非升降式閥桿(暗桿NRS)和上螺紋帶支架(明桿OS&Y)。
①下螺紋升降式閥桿是當(dāng)今銅合金類閥門最常用的閥桿結(jié)構(gòu)。由于閥桿螺紋裸露于介質(zhì)中,存在被腐蝕的可能,會導(dǎo)致閥桿與閘板失效。因此,該結(jié)構(gòu)一般不適用于關(guān)鍵的工業(yè)用途閥門。
②非升降式閥桿因?yàn)殚y門開啟時(shí)閥桿不需要升起,所以此結(jié)構(gòu)是在手輪上方的垂直空間受限制時(shí)所采用的特殊類型。當(dāng)今,大多數(shù)由鑄鐵或銅合金材質(zhì)制造的閥門采用此種閥桿結(jié)構(gòu)。當(dāng)操作空間受限時(shí)(例如地下操作),才使用鋼制非升降式閥桿閥門。
③上螺紋帶支架式閥桿多用于工業(yè)。尤其是在腐蝕性工況中,因?yàn)殚y桿螺紋基本不接觸介質(zhì),也就遠(yuǎn)離了潛在的腐蝕危害。與其他兩種閥桿結(jié)構(gòu)不同的是,此種結(jié)構(gòu)中,手輪是與閥門支架頂部的閥桿螺母相連,而不是直接與閥桿本身相連,因此開啟時(shí)手輪不會隨著上升。
3、閥座結(jié)構(gòu)
閘閥通過閘板與閥座形成密封副,實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。因此,閥座結(jié)構(gòu)也尤為關(guān)鍵。通常,閥座結(jié)構(gòu)可以是閥體整體部件,也可以是單獨(dú)的閥座圈結(jié)構(gòu)。
整體式閥座與閥體是一個(gè)整體,當(dāng)閥體由耐蝕材料制成時(shí),整體式閥座可以直接由基體材料加工而成[圖2-4(a)],也可以同碳素鋼類閥門一樣,在基體上堆焊適用于不同介質(zhì)的材料加工而成[圖2-4(b)]。閥座圈則可以選用不同于閥體材料的其他所需材料制成,然后連接到閥體上相應(yīng)的閥座槽內(nèi)。但值得注意的是,當(dāng)閥門應(yīng)用于溫度變化較大的工況時(shí),應(yīng)盡可能選用線脹系數(shù)與閥體材料相當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)制造閥座圈,當(dāng)閥座圈采用焊接的工藝與閥體連接時(shí),還需要進(jìn)一步考慮兩種材料的焊接性。
閥座圈與閥體的連接主要有:脹接鑲嵌、螺紋和焊接三種形式。其中比較常用的形式如圖1(c)~(h)所示(左邊為閥座圈簡圖,右邊為連接后簡圖)。
圖1 閘閥閥座的常用結(jié)構(gòu)
圖1(a)所示是在閥體上直接加工出密封面。適用于閥體為耐蝕材料的中、低壓閘閥。
圖1(b)所示是在閥體上直接堆焊金屬材料制成密封面。根據(jù)閥門使用工況、工作壓力和閥體材料與堆焊材料的焊接性,選擇合適的堆焊材料。
圖1(c)和(d)所示是脹接的閥座,主要適用于閥體材料為鑄鐵類閥門,閥座圈材料選用銅合金或不銹鋼材料制造。在閥體上加工出燕尾槽,將閥座圈鑲嵌入燕尾槽,加壓使閥座圈產(chǎn)生塑性變形實(shí)現(xiàn)脹接結(jié)合。多適用于低壓、小口徑閘閥。
圖1(e)所示是鑲嵌連接的閥座,將銅合金或不銹鋼制成的閥座圈鑲嵌入閥體座槽后,用螺釘固定。一般適用于低壓大口徑鑄鐵類閘閥。
圖1(f)所示是鑲嵌連接的非金屬閥座,把塑料或橡膠制成的O形圈鑲嵌入閘板的燕尾槽內(nèi)制成閥座。一般適用于中、低壓閘閥。
圖1(g)所示是螺紋連接的閥座,在閥座圈的外圓和閥體的座槽內(nèi)均加工出螺紋,將閥座圈旋入閥體緊固。螺紋連接使閥座的熱處理要求得以實(shí)現(xiàn),主要適用于對閥座硬度要求較高的場合,通常應(yīng)用于高、中壓,口徑在DN400(NPS16)以下的閘閥。某些用戶認(rèn)為,螺紋閥座還可以實(shí)現(xiàn)閘閥閥座的可更換修復(fù)。
圖2-4(h)所示是焊接閥座,首先在閥座圈上堆焊鉻系不銹鋼或硬質(zhì)合金,加工后裝入閥體座槽內(nèi),在閥座圈尾部與閥體焊接。適用于高、中壓閘閥。
4、縮徑
在閘閥的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中通常都規(guī)定了閥門的最小流道直徑,當(dāng)設(shè)計(jì)閥座密封面處的直徑小于連接端處的直徑稱為通徑收縮,即“縮徑”(圖2)。
圖2 縮徑閘閥
縮徑閥門通常應(yīng)用于管道需要節(jié)流的工況。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里一般也規(guī)定了閥門具體縮徑規(guī)格,在標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定出具體縮徑數(shù)據(jù)時(shí),通常取標(biāo)準(zhǔn)流道直徑的85%~75%,縮徑通道母線對中心線傾角不大于12°。采用縮徑形式可以減小閘板的尺寸,從而使其承受的介質(zhì)作用力降低,閘閥的啟閉力也相應(yīng)減小;這樣,小尺寸的閘板、閥桿等也可用于較大通徑的閘閥,從而擴(kuò)大了零部件的通用范圍。但是采用縮徑,會造成很大的壓力損失,會增加閥內(nèi)流體阻力,因而通道收縮比不宜太大。常見的縮徑閘閥大多是公稱尺寸不大于DN300(NPS12),閥門公稱尺寸的孔徑降低一個(gè)規(guī)格,公稱尺寸DN350~600(NPS14~24),公稱尺寸的孔徑降低兩個(gè)規(guī)格,例如公稱尺寸為DN100的閥門,閥座通道直徑可收縮到DN80,公稱尺寸應(yīng)表示為DN100(NPS4)×DN80(NPS3)。
在某些工作條件下(如石油行業(yè)的輸油、氣管線),不允許采用縮徑閥門。這一方面是為了減少長輸管線的阻力損失,另一方面是為了避免通徑收縮后給掃線清管通球造成障礙。